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MySQL 乱七八糟的可重复读隔离级别实现
摘要: 原文可阅读 http://www.iocoder.cn/Fight/MySQL-messy-implementation-of-repeatable-read-isolation-levels 「shimohq」欢迎转载，保留摘要，谢谢！
- 什么是事务
- 事务的实现方式
- 不同机制下的不同隔离级别
- 幻读（P3／A3）和写偏斜（A5B）
- mysql中的可重复度
- 幻读
- 写偏斜
- mysql中可重复读的实现
- postgresql中的可重复读
- 无幻读
- 写偏斜
- 参考文档
mysql的隔离级别并非是按照标准实现的，作为从pg切过来的程序员还真是不太适应，这篇文章讨论mysql隔离级别实现的，希望对大家能有帮助。
什么是事务
事务是数据库一组读写操作的集合，事务具有ACID四个特性，原子性，一致性，隔离性和持久性。
事务有四个隔离级别，分别是读未提交，读已提交，可重复读和串行化。
以上这些内容相信熟悉传统数据库的人，对这些都很熟悉，接下来讲的内容可能有些人就不太了解了。
事务的实现方式
数据库事务的实现方式主要有两种：
- 基于锁的；
- 基于时间戳的，现在主流的实现就是基于时间戳的方式的一种，就是大家熟悉的MVCC机制；
因为机制不同，所以事务的表现也不尽相同。
不同机制下的不同隔离级别
SQL标准定义了四种隔离级别，分别是读未提交，读已提交，可重复读，可串行化。很明显，越低隔离级别的事务并发行更好，但是一致性更低，严格来说，低隔离级别的事务是不符合A和I的，常用的隔离级别多为读已提交和可重复度。
但是隔离级别的定义是基于锁并发控制实现的，基于MVCC机制实现的数据库事务表现行为会稍有不同。
jim gray曾经有一篇论文讨论不同机制实现的数据库隔离级别的不同表现，并将隔离级别扩展到7个。见下图：
七种隔离级别
基于此将常见的传统数据库隔离级别统计如下：
- SYBASE支持的隔离级别：degree 0（read uncommitted）、degree 1（read committed）、degree 2（repeatable read）、degree 3（serializable isolation）；
- ORACLE支持的隔离级别：read committed（consistent read）、serializable(snapshot isolation)；
- DB2支持的隔离级别：read uncommitted、cursor stability、read stability、repeatable read；
- Postgresql支持的隔离级别：read committed（consistent read）、repeatable read(snapshot isolation)、serializable isolation(Serialaizable Snapshot Isolation)；
- SQL Server支持的隔离级别：read uncommitted、read committed snapshot 、read committed 、repeatable read、snapshot isolation、serializable isolation；
- MySQL支持的隔离级别：read uncommitted、read committed（consistent read）、repeatable read(snapshot isolation)、serializable isolation；
幻读（P3／A3）和写偏斜（A5B）
上图的各个字母都是数据库的各种不一致现象。如果把写操作记作w，读操作记作r，那么这些有害依赖可以表示为下图
| identifier |
query |
phenomena |
| P0 |
w1[x]…w2[x]…((c1 or a1) and (c2 or a2) in any order) |
Dirty Write |
| P1 |
w1[x]…r2[x]…((c1 or a1) and (c2 or a2) in any order) |
Dirty Read |
| P2 |
r1[x]…w2[x]…((c1 or a1) and (c2 or a2) any order) |
Fuzzy / Non-Repeatable Read |
| P3 |
r1[P]…w2[y in P]…((c1 or a1) and (c2 or a2) any order) |
Phantom |
| P4 |
r1[x]…w2[x]…w1[x]…c1 |
Lost Update |
| P4C |
rc1[x]…w2[x]…w1[x]…c1 |
Lost Update |
| A3 |
r1[P]…w2[y in P]…c2….r1[P]…c1 |
Phantom |
| A5A |
r1[x]…w2[x]…w2[y]…c2…r1[y]…(c1 or a1) |
Read Skew |
| A5B |
r1[x]…r2[y]…w1[y]…w2[x]…(c1 and c2 occur) |
Write Skew |
mysql中的可重复度
幻读
mysql是支持MVCC机制实现的数据库，因此很多人（包括我）会想当然认为他的SI应该就是标准的实现，不会出现幻读(A3/P3)的现象。接下来，请看如下例子：
mysql幻读1-1
如上图所示，事务2的insert发生在两次select之间，这两次select也如SI一样正确的显示了该看到的结果，但是update发生之后，一切就变了，MySQL的RR隔离级别也会幻读！！！
写偏斜
也许有人会说，mysql同时也是使用锁的，因此发生幻读不奇怪，所以我们可以看接下来这个写偏斜的经典例子：
mysql write skew
显然，mysql也是会发生写偏斜的。
mysql中可重复读的实现
看源码可以发现，mysql中的读操作是使用MVCC机制实现，可以正确的查找到需要的行，但是写操作实现的时候有两点和我想的不太一样：
- 写操作永远读取已提交的数据，并没有走MVCC的逻辑；
- 写操作的并发是通过锁控制的，不检查更新行是否是对本事务可见的。
MVCC机制行的可见条件很简单，可以总结为两句话：
- 对不同事务，插入事务已提交，删除事务未提交(update可以看做先删除后插入)；
- 对本事务，插入的statement发生在自己之前，删除的statement未发生或在自己之后；
套用幻读那个例子，本来事务1是不该看到新插入的行的（因为不符合可见条件1），但是update只读取最新的行，因此对新插入的行做了一次更新，导致该行符合可见条件2，再次select就可以查到这个行。
根据这个实现，我们可以推理出，mysql的可重复读同样会发生lost update和read skew，只要测试的事务中存在写操作。具体例子可见此处
mysql的可重复读是比SI更低的隔离级别，在发生幻读时，SI隔离级别事物的正确行为应该是后提交的事务回滚，而mysql两个事务都可以提交，显然，他的一致性更低，但是并发性更好（回滚率低），这是一次在用户使用习惯，性能和一致性之间的权衡，至于优劣，就见仁见智了，至少现在看来不坏。
postgresql中的可重复读
无幻读
pg实现的隔离级别是比较标准的，可重复度级别（实际是SI）没有幻读，这里举两个例子
第一个例子
pg无幻读1
类比mysql的第一个例子，和mysql不同，可以看到pg的事务update的时候只更新了两行，不包括新插入的行
第二个例子
pg无幻读2
当该行同时被两个可重复级别的事务更新时，后提交的事务会回滚，因为更新只能在最新的行上执行，否则就是丢失更新了。
写偏斜
pg write skew
可以看到，pg的可重复级别事务，还是存在写偏斜的，这是符合标准的。
参考文档
- 《A Critique of ANSI SQL Isolation Levels》
- mysql源码
- pg源码
- https://github.com/ept/hermitage/blob/master/mysql.md